Zrozumienie fundamentalnych podstaw istnienia życia jest niemożliwe bez jasnego zrozumienia przekazywania informacji dziedzicznych i jej realizacji. Przechowywanie genów organizmu odbywa się poprzez chromosomy, w których upakowane są różne odcinki DNA, kodujące pierwszorzędową sekwencję aminokwasową określonego białka. A wdrożenie informacji genetycznej i jej przekazywanie przez dziedziczenie osiąga się poprzez jej kopiowanie. Ten proces nazywa się „transkrypcją”. W biologii oznacza to odczytanie kodu wycinka genu i syntezę na jego podstawie szablonu do biosyntezy białek.
Molekularne podstawy transkrypcji
Transkrypcja to proces enzymatyczny poprzedzony „rozpakowaniem” cząsteczki DNA i zapewnieniem dostępu do odczytu określonego genu. Następnie w dwuniciowej cząsteczce DNA naW początkowej części wiązania wodorowe między nukleotydami są zerwane na 4 kadony. Od tego momentu rozpoczyna się w biologii faza inicjacji transkrypcji, związana z przyłączeniem polimerazy RNA zależnej od DNA do makropolimeru DNA.
Naturalnym rezultatem inicjacji jest synteza miejsca startu informacyjnego RNA, a gdy tylko do niego dołączy pierwszy komplementarny nukleotyd i nastąpi translokacja zależnej od DNA polimerazy RNA, należy mówić o początku etapu wydłużenia. Jego istota sprowadza się do stopniowego przemieszczania zależnej od DNA polimerazy RNA wzdłuż cząsteczki DNA w kierunku 3`-5`, przecinania wiązań wodorowych DNA z przodu i przywracania ich z tyłu, a także dołączania komplementarnego nukleotydu do rosnącego łańcuch szablonu RNA.
Zależna od DNA enzymatyczna polimeraza RNA katalizuje dodanie nukleotydu do RNA, podczas gdy inne układy enzymatyczne są odpowiedzialne za odczytywanie, oddzielanie wiązań wodorowych i ich redukcję. Wszystkie znajdują się w miejscu, w którym odbywa się transkrypcja. Biologia pozwala zastosować metodę znakowanych atomów i potwierdzić fakt ich najwyższego stężenia w jądrach komórkowych.
Oś czasu transkrypcji
W warunkach laboratoryjnych naukowcom z grupy badawczej „Human Genome” udało się sztucznie zsyntetyzować samą cząsteczkę DNA i zapisać w niej kod genetyczny. Proces ten trwał ponad 2 dekady, nie licząc długich przygotowań. Ciekawe, jak szybko te procesy zachodzą w żywej komórce. Główna metoda badawczatranslacja i transkrypcja - biologia molekularna. I chociaż wciąż doświadcza trudności związanych z niemożnością wizualnej demonstracji tych procesów, istnieją pewne dowody dotyczące czasu biosyntezy białek.
W szczególności proces "rozpakowywania" informacji genetycznej może zająć 16-48 godzin, a transkrypcja pożądanego genu - około 4-8 godzin. Synteza jednej małej cząsteczki białka na bazie informacyjnego RNA zajmie około 4-24 godzin, po czym rozpoczyna się etap jego „dojrzewania”. Odnosi się to do samospontanicznego pakowania białka w strukturę drugorzędową, a następnie trzeciorzędową. Jeśli białko wymaga modyfikacji postsyntetycznej, proces ten może zająć około tygodnia lub dłużej.
Struktury komórkowe, w których zachodzi transkrypcja i translacja, są coraz bardziej szczegółowo badane w biologii. Jednocześnie można było obliczyć, że w komórkach eukariotycznych z dużym zestawem materiału genetycznego synteza prostej cząsteczki insuliny trwa około 16 godzin. Genetycznie zmodyfikowana Escherichia coli jest w stanie zsyntetyzować taką cząsteczkę w 4 godziny. W przypadku dużych białek o strukturze trzecio- i czwartorzędowej proces ich syntezy i ostatecznego powstania może zająć około 2 tygodni.
Lokalizacja enzymów transkrypcyjnych
Taki proces jak transkrypcja (w biologii) odbywa się w miejscu bezpośredniego przechowywania informacji dziedzicznych. W komórkach eukariotycznych jest to jądro komórkowe, aw przedjądrowych formach życia jest to cytoplazma. enzym wirusowyodwrotna transkryptaza działa w jądrze zakażonych komórek. Jednocześnie przez etap transkrypcji przechodzą mitochondrialne kwasy nukleinowe, które są zestawem genów. W biologii i genetyce natura tych procesów jest wciąż nieznana.
Ale fakt obecności ludzkich chorób mitochondrialnych dziedziczonych przez potomków potwierdza replikację DNA, której transkrypcja jest niezbędnym etapem. Oznacza to, że taki proces może zachodzić w kilku strukturach komórkowych: u eukariontów są to mitochondria i jądro komórkowe, a u prokariontów w cytoplazmie i plazmidach.
Lokalizacja procesów biosyntezy
Lokalizacje, w których zachodzi transkrypcja i translacja (w biologii) są różne, ponieważ synteza cząsteczek białka po prostu nie może zachodzić w jądrze komórkowym. Składanie się pierwotnej struktury zachodzi w aparacie rybosomalnym komórki, który jest głównie skoncentrowany w cytoplazmie na błonie szorstkiej retikulum endoplazmatycznego.
Synteza w wysoko rozwiniętych komórkach, które wyróżnia duża szybkość składania nowych cząsteczek białka, zachodzi głównie na polirybosomach. Ale w komórkach bakteryjnych i wysoce wyspecjalizowanych biosynteza może przebiegać na różnych rybosomach w cytoplazmie. Ciała wirusowe nie mają własnego aparatu syntetycznego i organelli, dlatego wykorzystują struktury zainfekowanych komórek.
